JP2008511872A - Broadband optical fiber tap - Google Patents

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    • G02B6/2852—Optical coupling means having data bus means, i.e. plural waveguides interconnected and providing an inherently bidirectional system by mixing and splitting signals forming multipart couplers without wavelength selective elements, e.g. "T" couplers, star couplers using tapping light guides arranged sidewardly, e.g. in a non-parallel relationship with respect to the bus light guides (light extraction or launching through cladding, with or without surface discontinuities, bent structures)

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Abstract

光ファイバから光エネルギを伝達するための広帯域光ファイバタップであって、光エネルギをファイバのより高次のモードへと結合するための第１および第２のマイクロベンドと、ファイバのクラッディングに形成され、光ファイバからより高次のモードのエネルギを全反射によって反射するような角度で位置付けられた反射面とを備える光ファイバを有する。好ましい実施例では、２つのマイクロベンドは、単一モードファイバのＬＰ０１モードおよびＬＰ１１モードについてのモード間ビート長の２分の１にほぼ等しい距離だけ間隔を置かれている。  Broadband optical fiber tap for transmitting optical energy from an optical fiber, formed in first and second microbends for coupling optical energy into higher order modes of the fiber and in the fiber cladding And a reflective surface positioned at an angle to reflect higher order modes of energy from the optical fiber by total reflection. In the preferred embodiment, the two microbends are spaced by a distance approximately equal to one half of the intermode beat length for the LP01 and LP11 modes of a single mode fiber.

Description

１．発明の分野
この発明は、光ファイバからの光エネルギを結合するための構成要素に関し、特に、比較的幅広い波長範囲にわたって光エネルギを効率的に結合する光ファイバタップに関する。 1. The present invention relates to components for coupling optical energy from optical fibers, and more particularly to an optical fiber tap that efficiently couples optical energy over a relatively broad wavelength range.

発明の背景
２．先行技術の説明
光ファイバネットワークのますます高まる複雑性は、光ファイバを通って流れる光エネルギを測定可能な装置に対する需要を生み出してきた。そのような装置は、ネットワークを監視および制御するために有用であり、管を通る水の流れを監視するために使用される水流計に多くの点で類似している。 BACKGROUND OF THE INVENTION Description of the Prior Art The increasing complexity of fiber optic networks has created a demand for devices capable of measuring the optical energy flowing through the optical fiber. Such a device is useful for monitoring and controlling a network and is similar in many respects to a hydrometer used to monitor the flow of water through a tube.

光ファイバにおける光エネルギの流れを測定するには、光エネルギのごく一部をファイバから検出器上へと向け直す必要がある。検出器は光エネルギを、ファイバ内を流れる光エネルギを表わす役割を果たす電気信号に変換する。一般に「光タップ」と呼ばれる装置が、光ファイバから光エネルギの一部を取り除く機能を行なう。   Measuring the flow of light energy in an optical fiber requires redirecting a small portion of the light energy from the fiber onto the detector. The detector converts the light energy into an electrical signal that serves to represent the light energy flowing in the fiber. A device commonly referred to as an “optical tap” performs the function of removing a portion of the optical energy from the optical fiber.

光ファイバから光をタップするためのさまざまな手法が当該技術分野において周知である。そのような一手法が米国特許出願第１０／３９０，３９８号（`３９８出願）に記載されており、そこでは、アニールされたマイクロベンドと、ファイバのクラッディングに形成され、マイクロベンドによってファイバの側面から散乱される光を方向付けるための反射面とから構成された、ファイバ内の２部構造を作製するために、ＣＯ2レーザビームが用いられている。 Various techniques for tapping light from an optical fiber are well known in the art. One such technique is described in US patent application Ser. No. 10 / 390,398 (the '398 application), where an annealed microbend and a fiber cladding are formed into the fiber by the microbend. A CO 2 laser beam is used to create a two-part structure in the fiber that consists of a reflective surface for directing light scattered from the side.

この手法は小さいサイズ、低い挿入損失、製造の容易さといった多くの望ましい特徴を提供するものの、ファイバの誘導特性に起因する固有の波長依存性に苦慮している。   While this approach offers many desirable features such as small size, low insertion loss, and ease of manufacture, it does suffer from the inherent wavelength dependence due to the inductive characteristics of the fiber.

この波長依存性の１つの目安は、タップ効率の波長による変化である。タップ効率は、光学経路にタップを導入することによって失われる全光パワーに対するタップされた光パワーの比率として規定される。光がファイバコアから散乱されるもののタップにおいてファイバから出ることができず、代わりにタップの下流の地点で失われる場合、効率は低下する。   One measure of this wavelength dependence is the change in tap efficiency with wavelength. Tap efficiency is defined as the ratio of tapped optical power to total optical power lost by introducing taps in the optical path. If light is scattered from the fiber core but cannot exit the fiber at the tap and instead is lost at a point downstream of the tap, the efficiency is reduced.

残念ながら、`３９８出願の教示に従って従来の電気通信ファイバに作製された光タップでは、タップ効率は、１３１０ｎｍ〜１５５０ｎｍの波長帯域にわたって４００％も変化する場合がある。狭帯域用途については波長依存性はほとんど心配ないものの、広帯域用途では、タップ効率が１３１０ｎｍ〜１５５０ｎｍの波長領域にわたって比較的一定のままであることが要求される。   Unfortunately, for optical taps made in conventional telecommunications fibers in accordance with the teachings of the '398 application, the tap efficiency can vary by as much as 400% over the 1310 nm to 1550 nm wavelength band. For narrowband applications, wavelength dependence is hardly a concern, but for broadband applications, the tap efficiency is required to remain relatively constant over the wavelength range of 1310 nm to 1550 nm.

発明の概要
有利には、この発明は、波長の影響を比較的受けず、そのため比較的幅広い波長範囲にわたる動作を可能にする光タップを提供する。 SUMMARY OF THE INVENTION Advantageously, the present invention provides an optical tap that is relatively insensitive to wavelengths and thus allows operation over a relatively broad wavelength range.

この発明の教示によれば、この発明は、たとえばＣＯ2レーザ放射を用いてファイバに形成された２つのアニールされたマイクロベンドと、２つのマイクロベンドの下流のクラッディングに形成された反射面とを有する単一モードファイバによって、これを達成する。反射面は、マイクロベンドを形成するのに用いられたのと同じＣＯ2レーザを用いて、レーザアブレーションを用いてファイバのクラッディングにノッチを作製することによって形成される。ノッチは、ファイバ軸の垂線に対して約４４°の角度で反射面を作製するようファイバのクラッディングに形成され、これにより、この面に入射する光について全反射を誘発する。２つのマイクロベンドは、***振結合を引起すよう、ＬＰ０１モードおよびＬＰ１１モードについてのモード内ビート長の２分の１にほぼ等しい距離だけ間隔を置かれている。***振結合は、ＬＰ１１モードにおける光の相対量を減少させ、その一方でより効率的に結合されるより高次のモードを投入するため、タップの波長依存性を大幅に低減させ、それによりその波長範囲を大幅に広げる。 In accordance with the teachings of the present invention, the present invention includes two annealed microbends formed in a fiber using, for example, CO 2 laser radiation, and a reflective surface formed in a cladding downstream of the two microbends. This is achieved by a single mode fiber having: The reflective surface is formed by making a notch in the fiber cladding using laser ablation, using the same CO 2 laser used to form the microbend. A notch is formed in the fiber cladding to create a reflective surface at an angle of approximately 44 ° to the normal of the fiber axis, thereby inducing total internal reflection for light incident on this surface. The two microbends are spaced by a distance approximately equal to one half of the intramode beat length for the LP01 and LP11 modes to cause anti-resonant coupling. Anti-resonant coupling reduces the relative amount of light in the LP11 mode, while introducing a higher order mode that is more efficiently coupled, thus greatly reducing the wavelength dependence of the tap, thereby reducing its Significantly expand the wavelength range.

この発明の教示は、以下の詳細な説明を添付図面とともに検討することにより、容易に理解され得る。   The teachings of the present invention can be readily understood by considering the following detailed description in conjunction with the accompanying drawings, in which:

読者の理解を容易にするため、さまざまな図面に共通の同一または同様の要素を示すために同一の参照番号が使用される。図面は必ずしも縮尺どおりに描かれてはいない。   To facilitate the reader's understanding, the same reference numerals are used to indicate the same or similar elements that are common to the various drawings. The drawings are not necessarily drawn to scale.

好ましい実施例の詳細な説明
図面を参照すると、図１は、光ファイバ１０２と、第１のマイクロベンド１０４と、第２のマイクロベンド１２２と、反射面１０６とを含む光ファイバタップ１００を示している。反射面１０６とマイクロベンド１０４および１２２とは、以下に説明するような単一のＣＯ2レーザからの放射を用いて形成される。以下、マイクロベンドとは、ファイバの直径と同程度の曲率半径を有する、ファイバの曲がった区分を意味する。一方、マクロベンドとは、ファイバの直径に比べて比較的大きい曲率半径を有するベンドを意味する。好ましい実施例では、マイクロベンド１０４および１２２は、アニールされたマイクロベンドである。つまり、それらはその軟化温度より高温でファイバを局所的に加熱することによってファイバに形成される。マイクロベンド１０４および１２２はこのため、ファイバにおける永続的で応力のない構造である。 DETAILED DESCRIPTION OF PREFERRED EMBODIMENTS Referring to the drawings, FIG. 1 shows an optical fiber tap 100 that includes an optical fiber 102, a first microbend 104, a second microbend 122, and a reflective surface 106. Yes. Reflective surface 106 and microbends 104 and 122 are formed using radiation from a single CO 2 laser as described below. Hereinafter, microbend refers to a bent section of fiber having a radius of curvature comparable to the fiber diameter. On the other hand, the macro bend means a bend having a relatively large radius of curvature compared to the diameter of the fiber. In the preferred embodiment, microbends 104 and 122 are annealed microbends. That is, they are formed into a fiber by locally heating the fiber above its softening temperature. Microbends 104 and 122 are thus permanent and stress free structures in the fiber.

以下により詳細に説明するように、マイクロベンド１０４および１２２は、ファイバ１０２のコアからそのクラッディングへと光エネルギを散乱させる役割を果たす。散乱されたエネルギは反射面１０６によってファイバ１０２の側面から反射される。好ましくは、反射面１０６は図１に示すように角度θｓで形成され、ここでθｓは全反射用の角度よりも大きいかまたはそれに等しい。当該技術分野において周知であるように、全反射用の角度θtは、ファイバクラッディング１１０の屈折率ｎcladとファイバ１０２を包囲する媒体の反射率ｎsとによって決まり、式θt＝ａｒｃｓｉｎ（ｎs／ｎclad）によって表わされる。たとえば、空気に包囲された、ドーピングされていないシリカクラッディングを有する光ファイバについては、全反射用の角度θtは約４４°である。このため、散乱角度θcが小さいとすると、角度θsは、約４４°よりも大きいかまたはそれに等しい角度を有するように形成されるべきである。 As described in more detail below, microbends 104 and 122 serve to scatter light energy from the core of fiber 102 to its cladding. The scattered energy is reflected from the side of the fiber 102 by the reflecting surface 106. Preferably, the reflective surface 106 is formed at an angle θ s as shown in FIG. 1, where θ s is greater than or equal to the angle for total reflection. As is well known in the art, the total reflection angle θ t is determined by the refractive index n clad of the fiber cladding 110 and the reflectivity n s of the medium surrounding the fiber 102, and the equation θt = arcsin (n s / n clad ). For example, for an optical fiber with undoped silica cladding surrounded by air, the total reflection angle θ t is about 44 °. Thus, if the scattering angle θ c is small, the angle θ s should be formed to have an angle that is greater than or equal to about 44 °.

加えて、好ましい実施例では、反射面１０６は、ファイバ１０２を通る光伝搬の方向において第１のマイクロベンド１０４の下流に距離ｄだけ離れて配置されており、距離ｄは、エネルギ１２０がクラッディング１１０の外壁へと広がるのに十分ではあるものの、エネルギ１２０が反射面１０６に遭遇する前にファイバ１０２の側面から逃げてしまうほど離れてはいない。小さなベンド角度θ1およびθ2については、好ましい距離は以下の範囲
に該当する。 In addition, in the preferred embodiment, the reflective surface 106 is located downstream from the first microbend 104 in the direction of light propagation through the fiber 102 by a distance d, which is the distance at which the energy 120 is clad. While sufficient to spread to the outer wall of 110, it is not far enough away that energy 120 escapes from the side of the fiber 102 before encountering the reflective surface 106. For small bend angles θ 1 and θ 2 , the preferred distance falls within the following range.

Figure 2008511872
Figure 2008511872

ここで、ｎcladはクラッディングガラスの屈折率、Ｄはファイバ径、ＮＡはファイバの開口数である。ＮＡが０．１４、クラッディングの屈折率が１．４５、および直径が１２５ミクロンの従来の電気通信ファイバについては、反射面１０６は第１のマイクロベンド１０４から１．３ｍｍ〜２．６ｍｍ離れて配置されるべきである。 Here, n clad is the refractive index of the cladding glass, D is the fiber diameter, and NA is the numerical aperture of the fiber. For a conventional telecommunications fiber with an NA of 0.14, a cladding refractive index of 1.45, and a diameter of 125 microns, the reflective surface 106 is 1.3 mm to 2.6 mm away from the first microbend 104. Should be deployed.

米国特許出願第１０／３９０，３９８号（`３９８出願）に記載されているような単一のマイクロベンドから構成されるタップと比較すると、図１のこの発明のタップ１００は、２つのマイクロベンドの曲げ角度θ1およびθ2と、マイクロベンド間の間隔Δと、反射面１０６の深さｈおよび位置ｄとを調節することによって、向上した波長性能および効率を呈するよう作製され得る。以下により詳細に説明するように，マイクロベンド１０４と１２２との間隔は、ほぼ、および好ましくは、ＬＰ０１モードおよびＬＰ１１モードについてのモード間ビート長の２分の１に等しい。 Compared to a tap composed of a single microbend as described in US patent application Ser. No. 10 / 390,398 (`398 application), the tap 100 of the present invention of FIG. By adjusting the bend angles θ 1 and θ 2 , the spacing Δ between the microbends, and the depth h and position d of the reflective surface 106, it can be made to exhibit improved wavelength performance and efficiency. As will be described in more detail below, the spacing between microbends 104 and 122 is approximately, and preferably equal to one half of the inter-mode beat length for LP01 and LP11 modes.

光タップ１００を作製するために使用される機器は図２に示されており、`３９８出願に記載されたものと同様である。ＣＯ2レーザ２０２からの放射がレンズ２０４、２０６および２０８を通るよう方向付けられ、それらは集団でレーザ放射を調整し、光ファイバ１０２上へと集束させる。光ファイバ１０２は集束ビーム２３２内にクランプ固定具２１０および２１２によって保持され、それらは各々、クランププレート２１４と２１６との間、および２１８と２２０との間にファイバを挟むことによってファイバを保持する。クランプ固定具２１０および２１２によってファイバに印加されるクランプ力は、ファイバを所定の場所に保持するのに十分な力を保ちつつ、ファイバに損失を誘発しないように調節される。 The equipment used to make the optical tap 100 is shown in FIG. 2 and is similar to that described in the '398 application. Radiation from the CO 2 laser 202 is directed through the lenses 204, 206 and 208, which collectively adjust the laser radiation and focus it onto the optical fiber 102. Optical fiber 102 is held in focused beam 232 by clamp fixtures 210 and 212, which hold the fiber by sandwiching the fiber between clamp plates 214 and 216 and 218 and 220, respectively. The clamping force applied to the fiber by the clamp fixtures 210 and 212 is adjusted so as not to induce loss in the fiber while maintaining sufficient force to hold the fiber in place.

光ファイバ１０２をクランプ固定具に取付ける前に、光ファイバ１０２の保護ジャケットの一部が除去され、ある長さの剥き出しクラッディングが露出される。露出されたクラッディング区分は次に、クランプ固定具２１０と２１２との間の領域に位置付けられる。   Prior to attaching the optical fiber 102 to the clamp fixture, a portion of the protective jacket of the optical fiber 102 is removed, exposing a length of bare cladding. The exposed cladding section is then positioned in the area between the clamp fixtures 210 and 212.

第２のレーザ源２２４からの光パワーがファイバ１０２へと結合され、その一方でパワーメータ２２６がファイバ１０２から出現する光パワーの量を測定する。   The optical power from the second laser source 224 is coupled into the fiber 102 while the power meter 226 measures the amount of optical power emerging from the fiber 102.

ファイバ１０２をクランプ固定具２１０および２１２に取付けた後で、かつＣＯ2レーザ２０２からの放射を加える前に、クランプ固定具２１２をクランプ固定具２１０のほうへ動かすことによってファイバ１０２は曲げられ、マクロベンドが形成される。ファイバガイド２２８および２３０は、ファイバがレーザ放射の方向に曲がるようにする。好ましくは、ファイバ１０２に誘発されたマクロベンドは、ファイバの偶発的なねじれまたは曲がりによってクランプ固定具に生じるどんな残留応力よりも大きいファイバ内の応力を提供しつつ、同時にファイバ内の過剰損失を最低限に抑える、十分小さい半径を有するべきである。たとえば、コーニング（Corning）ＳＭＦ−２８単一モードファイバについては、約０．５インチのベンド半径が通常、この条件を満たす。 After attaching the fiber 102 to the clamp fixtures 210 and 212 and before applying the radiation from the CO 2 laser 202, the fiber 102 is bent by moving the clamp fixture 212 toward the clamp fixture 210 and the macro A bend is formed. Fiber guides 228 and 230 allow the fiber to bend in the direction of laser radiation. Preferably, the macrobend induced in the fiber 102 provides stress in the fiber that is greater than any residual stress caused to the clamp fixture by accidental twisting or bending of the fiber while simultaneously minimizing excess loss in the fiber. It should have a sufficiently small radius to minimize. For example, for a Corning SMF-28 single mode fiber, a bend radius of about 0.5 inches typically meets this condition.

ＣＯ2レーザ２０２からの集束された放射がファイバ１０２の曲げられた区分に加えられ、その一方で、パワーメータ２２６によって光パワーが測定される。ＣＯ2レーザ２０２からの光エネルギの吸収により、ファイバ１０２のガラスはその軟化温度よりも高温で
加熱され、永続的なマイクロベンド１０４（図１参照）がファイバに形成される。焦点サイズ、パワーレベル、暴露時間といった、レーザ２０２によって作り出されるレーザビームパラメータを調節することにより、形成されるマイクロベンドは、パワーメータ２２６を用いた伝達パワーの変化によって判断されるように、光パワーの予め定められた一部をファイバ１０２のコアからクラッディングへと散乱させるよう作製され得る。好ましくは、焦点サイズは、ファイバ上の影響される領域の範囲を最小限に抑えて、誘発されるマイクロベンドの半径をできるだけ小さく保つために、ファイバの直径と同程度に調節されるべきである。こうして、さもなければタップにおける偏光依存性につながり得る多経路の影響が回避される。たとえば、４００ミクロンの焦点サイズを用いると、１０．６ミクロンの波長で動作するＣＯ2レーザからの３．５ワットのパワーレベルは、半径０．５インチのベンドに保持されたコーニングＳＭＦ−２８単一モードファイバにおいて、１秒の暴露で０．５ｄＢの損失を誘発する。形成中にマイクロベンド１０４によって誘発される損失を活発に監視することにより、曲がりの量は、図１の角度θ1を直接測定する必要なく制御可能である。 Focused radiation from the CO 2 laser 202 is applied to the bent section of the fiber 102 while the optical power is measured by the power meter 226. Absorption of light energy from the CO 2 laser 202 heats the glass of the fiber 102 above its softening temperature and forms a permanent microbend 104 (see FIG. 1) in the fiber. By adjusting the laser beam parameters produced by the laser 202, such as focus size, power level, exposure time, the microbend that is formed is determined by the optical power as determined by the change in transmitted power using the power meter 226. Can be made to scatter a predetermined portion of the fiber 102 from the core to the cladding. Preferably, the focal spot size should be adjusted as much as the fiber diameter to minimize the extent of the affected area on the fiber and keep the induced microbend radius as small as possible. . This avoids multipath effects that could otherwise lead to polarization dependence at the tap. For example, 400 the use of focal spot size of microns, the power level of 3.5 watts from CO 2 laser operating at a wavelength of 10.6 microns, Corning SMF-28 single-held radially 0.5 inches Bend In a single mode fiber, a one second exposure induces a 0.5 dB loss. By actively monitoring the losses induced by the microbend 104 during formation, the amount of bending can be controlled without having to directly measure the angle θ1 in FIG.

マイクロベンド１０４の形成後、クランプ固定具２１０および２１２を一斉に動かすことによって、ファイバ１０２は、矢印２３６で示す方向において該して左へ距離Δだけ平行移動される。次に第２のマイクロベンド１２２が、第１のマイクロベンド１０４と同じ手順および暴露時間に従って形成される。   After forming the microbend 104, the fiber 102 is translated to the left by a distance Δ in the direction indicated by arrow 236 by moving the clamp fixtures 210 and 212 together. A second microbend 122 is then formed according to the same procedure and exposure time as the first microbend 104.

第２のマイクロベンド１２２の形成後、クランプ固定具２１２はその開始位置に戻され、ファイバ１０２内の応力が開放される。クランプ固定具２１０および２１２を用いて、ファイバ１０２は次に、源２２４から離れる方向において第１のマイクロベンド１０４から距離ｄだけ離れたファイバ１０２上の地点にレーザ２０２からのレーザビームを位置付けるよう動かされる。レンズ２０６および２０８が次に、焦点のサイズを再調節するよう動かされる。レーザ放射がファイバ１０２に加えられて、焦点領域を通るようにファイバ１０２を動かしながらレーザを予め定められた速度でパルス化することにより、ノッチ１０８を形成する。ファイバ１０２のクラッディングにｖ字形のノッチを形成するために、ファイバ１０２のクラッディングガラスの温度が、小さい領域でガラス材料を気化させるのに必要な温度よりも上昇するよう、レーザパワーレベル、焦点サイズおよびパルス期間が調節される。ノッチの形成後、ファイバの側面から反射された光パワーが光検出器２３４を用いて測定される。   After forming the second microbend 122, the clamp fixture 212 is returned to its starting position and the stress in the fiber 102 is released. Using clamp fixtures 210 and 212, fiber 102 is then moved to position the laser beam from laser 202 at a point on fiber 102 that is a distance d away from first microbend 104 in a direction away from source 224. It is. Lenses 206 and 208 are then moved to readjust the focus size. Laser radiation is applied to the fiber 102 to form a notch 108 by pulsing the laser at a predetermined rate while moving the fiber 102 through the focal region. In order to form a v-shaped notch in the cladding of the fiber 102, the laser power level, focus, so that the temperature of the cladding glass of the fiber 102 rises above that required to vaporize the glass material in a small area. Size and pulse duration are adjusted. After the notch is formed, the optical power reflected from the side of the fiber is measured using a photodetector 234.

ノッチを包囲する領域の過剰溶融を最低限に抑え、ひいてはファイバコアのひずみによって生じる過剰損失を回避するためには、高ピークパワー密度レベルと短期間パルスとが用いられるべきである。たとえば、Ｋ．アイメン（Imen）らによる「レーザにより作製された光ファイバタップ」（"Laser-fabricated fiber-optic taps"）、オプティクス・レターズ（OPTICS LETTERS）、第１５巻、第１７号、１９９０年９月１日、９５０−９５２頁は、マルチモードファイバにおいて、１０ミリ秒よりも長いパルス期間は、レーザにより機械加工されたノッチを包囲する領域の顕著な溶融を誘発し得る、と述べている。単一モードファイバでは、コアの少量の溶融でさえ、測定可能な損失を誘発し得るが、パルス期間を１ミリ秒よりも短く保つことが好ましい。   High peak power density levels and short duration pulses should be used to minimize overmelting of the region surrounding the notch and thus avoid excess losses caused by fiber core distortion. For example, K.K. “Laser-fabricated fiber-optic taps” by Imen et al., OPTICS LETTERS, Vol. 15, No. 17, September 1, 1990 Pp. 950-952 states that in multimode fibers, pulse durations longer than 10 milliseconds can induce significant melting of the region surrounding the notch machined by the laser. In single mode fiber, even a small amount of melting of the core can induce measurable losses, but it is preferable to keep the pulse duration shorter than 1 millisecond.

ここで報告された結果については、ピークパワーが１００ワット、パルス期間が５０マイクロ秒、焦点サイズが約５０ミクロン、およびファイバの表面でのパワー密度が約５００万ワット／ｃｍ2であるＣＯ2レーザが、図１のノッチ１０８を形成するために使用された。図１の反射面１０６にとって望ましい角度を得るために、ファイバ１０２を約１２ミクロン／秒の速度でビームを横切って横断させながら、レーザを約１パルス／秒でパルス化した。この走査速度およびパルス速度では、各通過につき約１０パルスがファイバに衝突した。なお、光タップ１００を形成するためのプロセスは、単一のファイバの長さに沿
って多数の地点でタップが形成される完全自動化製造プロセスに容易に適合可能である。単一のファイバスパンに多数のタップを製造することにより、結果として生じる製造コストは、各タップについてファイバを終端させる必要を回避することによって大幅に削減可能である。 For the results reported here, a CO 2 laser with a peak power of 100 watts, a pulse duration of 50 microseconds, a focal spot size of about 50 microns, and a power density at the fiber surface of about 5 million watts / cm 2 Was used to form the notch 108 of FIG. To obtain the desired angle for the reflective surface 106 of FIG. 1, the laser was pulsed at about 1 pulse / second while the fiber 102 was traversed across the beam at a rate of about 12 microns / second. At this scan rate and pulse rate, about 10 pulses impacted the fiber for each pass. It should be noted that the process for forming the optical tap 100 can be easily adapted to a fully automated manufacturing process in which taps are formed at multiple points along the length of a single fiber. By manufacturing multiple taps in a single fiber span, the resulting manufacturing cost can be significantly reduced by avoiding the need to terminate the fiber for each tap.

図１のタップ１００に戻ると、光ファイバ１０２には、屈折率がｎcoreの中央コア１１２が、より低い屈折率ｎcladを有するクラッディング１１０に包囲されて含まれていると想定される。いくつかの実施例では、コアおよびクラッディングの一方または双方が、さまざまな複雑性および形状の屈折率プロファイルを有していてもよい。さらに、光ファイバ１０２を流れる光エネルギ１１４は、光タップ１００に入る前はファイバの導波モードになっていると想定される。当該技術分野において周知であるように、光が光ファイバの長さに沿って伝搬するにつれてそのエネルギの径方向分布が一定のままである場合、光は導波モードになっていると言われている。そのような導波モードの光エネルギの大部分はまた、光ファイバのより高屈折率のコア領域内に通常位置している。それに反して、光がファイバの長さに沿って伝搬するにつれてエネルギのその径方向分布が変化する場合、光は光ファイバの非導波モードになっていると言われている。加えて、誘導されない光は通常、その光エネルギの大部分を、コアを包囲するより低屈折率のクラッディングに有している。好ましい実施例では、光ファイバ１０２はステップ型の単一モードファイバである。そのようなファイバはＬＰ０１モードのみを誘導する。ＬＰ１１、ＬＰ０２などのより高次のモードは誘導されないが、それらは、放射減衰によってそれらのエネルギを失う前に、ファイバ内を数ミリメートル以上の距離伝搬する場合がある。 Returning to the tap 100 of FIG. 1, it is assumed that the optical fiber 102 includes a central core 112 having a refractive index n core surrounded by a cladding 110 having a lower refractive index n clad . In some embodiments, one or both of the core and the cladding may have refractive index profiles of varying complexity and shape. Further, it is assumed that the optical energy 114 flowing through the optical fiber 102 is in the waveguide mode of the fiber before entering the optical tap 100. As is well known in the art, light is said to be in guided mode if its radial distribution of energy remains constant as light propagates along the length of the optical fiber. Yes. The majority of such guided mode light energy is also typically located in the higher refractive index core region of the optical fiber. On the other hand, if the radial distribution of energy changes as light propagates along the length of the fiber, the light is said to be in the non-guided mode of the optical fiber. In addition, unguided light typically has a majority of its light energy in a lower index cladding that surrounds the core. In the preferred embodiment, optical fiber 102 is a stepped single mode fiber. Such a fiber only induces the LP01 mode. Higher order modes such as LP11, LP02, etc. are not induced, but they may propagate a distance of several millimeters or more in the fiber before losing their energy due to radiative attenuation.

図１の光タップ１００の動作、および先行技術に対するその利点をより良く理解するには、ファイバ１０２のモード中の光エネルギの分布をファイバに沿った位置の関数として示す図によって、タップ１００を表わすことが有用である。そのような図は一般に、レベル図と呼ばれている。   To better understand the operation of the optical tap 100 of FIG. 1 and its advantages over the prior art, the tap 100 is represented by a diagram showing the distribution of light energy during the mode of the fiber 102 as a function of position along the fiber. It is useful. Such a diagram is generally called a level diagram.

図３は、図１のタップ１００についてのレベル図を示している。水平線はファイバのモード（すなわちレベル）を表わしており、空（点線）か満杯（実線）かのいずれかである。矢印は光エネルギの動きを示している。ファイバにおける位置は、図中の水平位置によって表わされる。   FIG. 3 shows a level diagram for the tap 100 of FIG. The horizontal line represents the fiber mode (ie level) and is either empty (dotted line) or full (solid line). The arrow indicates the movement of light energy. The position in the fiber is represented by the horizontal position in the figure.

図３に示すように、入力された光エネルギ１１４は最低次のＬＰ０１モードでタップ１００に入る。これは導波モードであるため、エネルギ１１４は、それが第１のマイクロベンド１０４に遭遇するまでそのモードに留まる。マイクロベンド１０４によって少量のエネルギがＬＰ１１モードへと結合される。マイクロベンド１０４の結合強度は、ＬＰ１１モードに伝達されるエネルギの相対量を基準としており、図１の角度θ1とともに増加する。ここに挙げる説明のため、第１のマイクロベンド１０４によってＬＰ１１よりも高次のモードに結合されるパワーは取るに足らないものであると想定される。当該技術分野において周知であるように、マイクロベンドはＬＰ０１を、他のモードに結合するよりもはるかに効率的にＬＰ１１モードに結合する傾向がある。 As shown in FIG. 3, the input light energy 114 enters the tap 100 in the lowest order LP01 mode. Since this is a guided mode, the energy 114 remains in that mode until it encounters the first microbend 104. Microbend 104 couples a small amount of energy into the LP11 mode. The coupling strength of the microbend 104 is based on the relative amount of energy transmitted to the LP11 mode and increases with the angle θ 1 in FIG. For the purposes of the description given here, it is assumed that the power coupled by the first microbend 104 to a higher order mode than LP11 is insignificant. As is well known in the art, microbends tend to couple LP01 to the LP11 mode much more efficiently than other modes.

ＬＰ１１モードは導波モードではないため、ＬＰ１１モードのエネルギ１１６は、それがファイバを伝搬していくにつれて、より高次のモードへと、およびクラッディングへと放射する。より高次のモードは次に、エネルギをファイバ１０２のクラッディングへと放射する。   Since the LP11 mode is not a guided mode, the LP11 mode energy 116 radiates into higher order modes and into the cladding as it propagates through the fiber. The higher order modes then radiate energy into the fiber 102 cladding.

ＬＰ１１モードエネルギ１１６が第２のマイクロベンド１２２に遭遇すると、エネルギは３つの部分に分割される。第１の部分は、より高次のモードへと結合される。第２の部分は、元に戻って導波モードのＬＰ０１モードへと結合され、第３の部分は、ＬＰ１１モ
ードに留まる。第２のベンド１２２の後のこれらの部分の各々における光エネルギの量は、マイクロベンド１０４および１２２の結合強度によって、およびマイクロベンド１２２でのＬＰ０１モードおよびＬＰ１１モードの相対位相によって決まる。当該技術分野で公知であるように、ＬＰ０１モードとＬＰ１１モードとは異なる位相速度を有するため、マイクロベンド１０４と１２２との間隔が、マイクロベンド１２２でのモードの相対位相を決める。 When LP11 mode energy 116 encounters second microbend 122, the energy is divided into three parts. The first part is coupled to a higher order mode. The second part goes back and is coupled to the LP01 mode of the guided mode, while the third part remains in the LP11 mode. The amount of light energy in each of these portions after the second bend 122 is determined by the coupling strength of the microbends 104 and 122 and by the relative phase of the LP01 mode and the LP11 mode at the microbend 122. As is known in the art, the LP01 mode and the LP11 mode have different phase velocities, so the spacing between the microbends 104 and 122 determines the relative phase of the mode at the microbend 122.

マイクロベンド１０４および１２２の下流で、非導波モードであるＬＰ１１モードのエネルギ１１６およびより高次のモードのエネルギ３２０によってクラッディングへと放射されたエネルギ１２０は、反射面１０６に衝突し、タップ出力エネルギ１２０としてタップ１００を出る。タップ１００の効率は、光エネルギがファイバ１０２のクラッディングへと放射され、それにより反射面１０６によって取込まれる効率に依存する。非導波モードに、またはクラッディングに留まり、反射面１０６によって取込まれていない光エネルギは、タップ１００のさらに下流でファイバ１０２から放射される。この「失われた」エネルギは、タップ１００の効率を低下させるため望ましくない。   Downstream of the microbends 104 and 122, the energy 120 radiated into the cladding by the LP11 mode energy 116, which is a non-guided mode, and the higher order mode energy 320 impinges on the reflective surface 106 and tap output. Exit tap 100 as energy 120. The efficiency of the tap 100 depends on the efficiency with which light energy is emitted into the cladding of the fiber 102 and thereby is captured by the reflective surface 106. Light energy that remains in non-guided mode or in the cladding and is not captured by the reflective surface 106 is emitted from the fiber 102 further downstream of the tap 100. This “lost” energy is undesirable because it reduces the efficiency of the tap 100.

この発明の教示によれば、マイクロベンド１０４および１２２の結合強度がほぼ等しくされ、かつ、マイクロベンド１２２でのＬＰ０１モードとＬＰ１１モードとの位相差が１８０°となるようにマイクロベンド間の間隔が調節される場合、マイクロベンド１２２の後のＬＰ１１モードにおけるエネルギの量はほぼゼロである。そのような結合は***振結合と呼ばれる。完全に***振の結合を達成するには、マイクロベンド１０４と１２２との間隔が、ＬＰ０１モードおよびＬＰ１１モードについてのモード間ビート長の２分の１に等しくなる必要があり、ビート長ＬBは以下のように規定される。 According to the teachings of the present invention, the microbends 104 and 122 have substantially equal coupling strengths, and the microbend spacing is such that the phase difference between the LP01 mode and the LP11 mode at the microbend 122 is 180 °. When adjusted, the amount of energy in the LP11 mode after the microbend 122 is approximately zero. Such coupling is called anti-resonant coupling. To achieve fully anti-resonant coupling, the spacing between microbends 104 and 122 must be equal to one half of the intermode beat length for LP01 and LP11 modes, and beat length L B is It is defined as follows.

Figure 2008511872
Figure 2008511872

式中、λは光の波長、ΔｎはＬＰ０１モードとＬＰ１１モードとの間の有効屈折率差である。ＬＰ１１モードカットオフ波長を上回る波長で動作されるステップ型ファイバでは、屈折率差Δｎは該して以下の式により与えられる。   In the equation, λ is the wavelength of light, and Δn is an effective refractive index difference between the LP01 mode and the LP11 mode. For stepped fibers operated at wavelengths above the LP11 mode cutoff wavelength, the refractive index difference Δn is thus given by:

Figure 2008511872
Figure 2008511872

式中、ｎcoreおよびｎcladはコアおよびクラッディングの屈折率であり、ｂ01はＬＰ０１モードについての周知の正規化伝搬定数である（たとえばオプティカル・ファイバ・テレコミュニケーションズ（Optical Fiber Telecommunications）のＤ．マルクーゼ（Marcuse）らによる「ファイバの誘導特性」（"Guiding Properties of Fibers"）（Ｓ．Ｅ．ミラー（Miller）およびＡ．Ｇ．チノーウェス（Chynoweth）編集、アカデミックプレス社（Academic Press. Inc.）、ボストン（Boston）、マサチューセッツ（Mass.）（著作権）１９７９年、第３７−４５頁）（マルクーゼテキスト）の第３章を参照）。 Where n core and n clad are the refractive indices of the core and cladding, and b 01 is the well-known normalized propagation constant for the LP01 mode (see, for example, D. of Optical Fiber Telecommunications). "Guiding Properties of Fibers" by Marcuse et al. (Edited by SE Miller and AG Chynoweth, Academic Press. Inc.) Boston, Mass. (Copyright) 1979, pp. 37-45) (see Chapter 3 of Marcuse Text)).

ＬＰ１１モードのエネルギの全部ではないにしろ大半を***振結合によって排除した結果、より高次のモードが一般にＬＰ１１モードよりも容易にクラッディングへと放射するので、タップ１００はより効率的に作製され得る。この効果は、ＬＰ１１モード用のカットオフ波長に近い波長に対し、特に当てはまる。これらの波長では、ＬＰ１１モードは、非導波モードではあるものの、クラッディングへのそのエネルギを絶つことなく、依然と
してファイバ内を長い距離伝搬することが可能である。 As a result of eliminating most if not all of the energy of the LP11 mode by anti-resonant coupling, the tap 100 is made more efficient because higher order modes generally radiate more easily into the cladding than the LP11 mode. obtain. This effect is particularly true for wavelengths close to the cutoff wavelength for the LP11 mode. At these wavelengths, although the LP11 mode is a non-guided mode, it can still propagate long distances in the fiber without losing its energy to the cladding.

`３９８出願に記載されているような単一のベンドを利用するタップは、ＬＰ１１モードのみに頼ってエネルギをファイバクラッディングへと放射する。その結果、そのようなタップは、図１のタップ１００に比べ、カットオフ波長近くでの効率の低下、ひいては波長依存性の増加を示している。   A tap that utilizes a single bend, as described in the '398 application, relies on the LP11 mode only to radiate energy into the fiber cladding. As a result, such a tap exhibits a decrease in efficiency near the cutoff wavelength and thus an increase in wavelength dependence, as compared to the tap 100 of FIG.

図４は、`３９８出願の教示に従って作製された一連の単一ベンドタップにおけるマイクロベンドと反射面との間の距離の関数としてのタップ効率のグラフを示している。図にグラフ化された、正規化されたタップ効率は、図２の検出器２３４によって生成された光電流を、パワーメータ２２６によって測定された光パワーで除算し、かつタップのわずかな損失の総計で除算した比率である。１３１０ｎｍおよび１５５０ｎｍ双方についてのデータが図示されている。タップは、コーニングＳＭＦ２８単一モードファイバにおいて１５５０ｎｍで０．２０ｄＢの損失を有するマイクロベンドを誘発することによって形成された。１３１０ｎｍでの対応する損失は０．１７ｄＢと測定された。このファイバは、カットオフ波長が約１２６０ｎｍ、コア−クラッディング屈折率ステップが０．００２５であった。ノッチをクラッディングに約３４ミクロンの深さまで切りこむことにより、各タップ用に反射面１０６が形成された。   FIG. 4 shows a graph of tap efficiency as a function of distance between the microbend and the reflective surface in a series of single bend taps made in accordance with the teachings of the '398 application. The normalized tap efficiency graphed in the figure is obtained by dividing the photocurrent generated by the detector 234 of FIG. 2 by the optical power measured by the power meter 226 and summing the tap small losses. The ratio divided by. Data for both 1310 nm and 1550 nm are shown. The tap was formed by inducing a microbend with a loss of 0.20 dB at 1550 nm in a Corning SMF28 single mode fiber. The corresponding loss at 1310 nm was measured as 0.17 dB. This fiber had a cutoff wavelength of about 1260 nm and a core-cladding index step of 0.0025. A reflective surface 106 was formed for each tap by cutting the notches into the cladding to a depth of about 34 microns.

図４は、マイクロベンドと反射面との間隔が小さくなるにつれて、マイクロベンドによってコアから結合される光パワーがクラッディングへと放射せず、したがって反射面によって集められないために、タップ効率がゼロに近づく、ということを示している。１．５ｍｍよりも大きい間隔では、双方の波長についてのデータは横ばい状態になり、１３１０ｎｍのデータについては、効率はかなり劣っている。波長１５５０ｎｍよりも波長１３１０ｎｍの方がＬＰ１１モードについてのカットオフ波長にはるかにより近いため、１３１０ｎｍではＬＰ１１モードパワーは容易には放射せず、結果として、この波長については効率は５分の１に低下している。   FIG. 4 shows that as the distance between the microbend and the reflective surface decreases, the tap power is zero because the optical power coupled from the core by the microbend does not radiate into the cladding and is therefore not collected by the reflective surface. It shows that it approaches. At intervals greater than 1.5 mm, the data for both wavelengths is flat and for the 1310 nm data, the efficiency is quite poor. Since the wavelength 1310 nm is much closer to the cutoff wavelength for the LP11 mode than the wavelength 1550 nm, the LP11 mode power does not easily radiate at 1310 nm, and as a result, the efficiency is reduced by a factor of 5 for this wavelength. is doing.

図５は、`３９８出願の教示に従って作製された同様の単一ベンドタップの波長依存性を示している。反射面はマイクロベンドの１．６ｍｍ下流に位置付けられた。相対応答は１２７５ｎｍ〜１５７５ｎｍの波長間隔全体にわたって波長への著しい依存性を示しており、カットオフに近い波長は大幅に低下した効率を示している。   FIG. 5 shows the wavelength dependence of a similar single bend tap made according to the teachings of the '398 application. The reflective surface was positioned 1.6 mm downstream of the microbend. The relative response shows a significant dependence on wavelength over the entire wavelength interval from 1275 nm to 1575 nm, with wavelengths near the cutoff showing a greatly reduced efficiency.

図１のこの発明のタップにおいて第２のマイクロベンドを用いて達成された利点を実証するために、コーニングＳＭＦ２８単一モードファイバのサンプルにおいて、ＬＰ０１モードとＬＰ１１モードとのモード間ビート長が測定された。ビート長は、Ｒ．Ｃ．ヤンクウィスト（Youngquist）らによる「２モードファイバモードカプラ−」（"Two-mode fiber modal coupler"）、オプティクス・レターズ、第９巻、第５号、１９８４年、第１７７−１７９頁に記載されているものと同様の態様で、さまざまな周期性の波形板間でファイバをプレスしながらファイバにおける波長依存性損失を測定することによって、求められた。   To demonstrate the advantages achieved using the second microbend in the inventive tap of FIG. 1, the intermode beat length between LP01 and LP11 modes was measured in a Corning SMF28 single mode fiber sample. It was. The beat length is R.I. C. "Two-mode fiber modal coupler" by Youngquist et al., Optics Letters, Vol. 9, No. 5, 1984, pp. 177-179. It was determined by measuring the wavelength dependent loss in the fiber while pressing the fiber between corrugated plates of various periodicities in a similar manner.

図６は、波長の関数としての測定されたビート長のグラフを示している。図における理論曲線は、上述の式（２）および（３）と、公知のコア−クラッディング屈折差率である０．００２５と、正規化伝搬定数ｂ01の値である０．４８とを用いて生成された。後者の値は、マルクーゼテキストの第３章、第４３頁にグラフ化されたデータから得たもので、Ｖナンバーを２．２と想定した。 FIG. 6 shows a graph of measured beat length as a function of wavelength. The theoretical curve in the figure uses the above equations (2) and (3), the known core-cladding refractive index of 0.0025, and the normalized propagation constant b 01 of 0.48. Was generated. The latter value was obtained from the data graphed in chapter 3, page 43 of the Marcuse text, assuming a V number of 2.2.

コーニングＳＭＦ２８ファイバに一連のタップを作製することにより、タップ効率および挿入損失を、図１のマイクロベンド１０４と１２２との間隔Δの関数として測定した。
全タップについて、ノッチの深さは３４ミクロン、第１のマイクロベンドと反射面１０６との距離ｄは１．８ｍｍであった。 By making a series of taps in Corning SMF28 fiber, tap efficiency and insertion loss were measured as a function of the spacing Δ between the microbends 104 and 122 of FIG.
For all the taps, the depth of the notch was 34 microns, and the distance d between the first microbend and the reflecting surface 106 was 1.8 mm.

図７および図８は、１３１０ｎｍの動作波長で得られたタップ効率および挿入損失のデータをそれぞれ示している。第１および第２のマイクロベンドは、ほぼ等しい結合強度を有するよう形成され、個々に約０．５ｄＢの損失をファイバに作り出した。   7 and 8 show tap efficiency and insertion loss data obtained at an operating wavelength of 1310 nm, respectively. The first and second microbends were formed to have approximately equal bond strengths and individually created a loss of about 0.5 dB in the fiber.

図７のデータは間隔０．２６ｍｍにおいてタップ効率の明らかなピークを示している。図６のビート長のデータによれば、これは、１３１０ｎｍでのビート長の２分の１に相当する。この間隔において、図１の第２のマイクロベンド１２２は、ＬＰ１１モードがＬＰ０１モードへと戻る***振結合を引起す。より高次のモードによって光エネルギがクラッディングへと放射されるので、タップの効率はこうして改良される。   The data in FIG. 7 shows a clear peak in tap efficiency at a spacing of 0.26 mm. According to the beat length data in FIG. 6, this corresponds to one half of the beat length at 1310 nm. At this interval, the second microbend 122 of FIG. 1 causes anti-resonant coupling where the LP11 mode returns to the LP01 mode. The tap efficiency is thus improved as light energy is emitted into the cladding by higher order modes.

ＬＰ１１エネルギがＬＰ０１モードへと戻って結合することは、図８の挿入損失のデータにも反映されており、同じ間隔０．２６ｍｍにおいて挿入損失の明確な最低値が存在している。   The coupling of the LP11 energy back to the LP01 mode is also reflected in the insertion loss data of FIG. 8, and there is a clear minimum insertion loss at the same interval of 0.26 mm.

図９および図１０は、同じタップについて１５５０ｎｍの波長で得られたタップ効率および挿入損失のデータをそれぞれ示している。１３１０ｎｍについてのデータとは異なり、図９の１５５０ｎｍのデータはタップ効率のピークを示していない。これは、１５５０ｎｍがカットオフから十分に遠いためにＬＰ１１モードがより高次のモードとほぼ同じぐらい効率的に放射する、ということに起因する。したがって、***振結合によって生じるパワーの再分布は効果がない。一方、図１０に示す１５５０ｎｍについての挿入損失のデータは、１３１０ｎｍのデータと同様の挿入損失の明確な下落を示しており、第２のマイクロベンドによってＬＰ１１モードパワーがＬＰ０１モードへと戻って結合されていることを示している。   FIGS. 9 and 10 show tap efficiency and insertion loss data obtained at a wavelength of 1550 nm for the same tap, respectively. Unlike the data for 1310 nm, the 1550 nm data in FIG. 9 does not show a peak in tap efficiency. This is due to the fact that the LP11 mode emits almost as efficiently as the higher order modes because 1550 nm is far enough from the cutoff. Therefore, power redistribution caused by anti-resonant coupling has no effect. On the other hand, the insertion loss data for 1550 nm shown in FIG. 10 shows a clear drop in insertion loss similar to the 1310 nm data, and the LP11 mode power is returned to the LP01 mode and coupled by the second microbend. It shows that.

図１１は、コーニングＳＭＦ２８ファイバに０．３０ｍｍ間隔を置かれた２つのマイクロベンドを用いて作製された光タップについての、波長の関数としての相対応答を示している。０．３０ｍｍという間隔は、１３１０ｎｍでの良好なタップ効率を保ちつつスペクトル形状の平坦性を最適化するよう選択された。タップの総損失は、１３１０ｎｍでは０．１０ｄＢ、１５５０ｎｍでは０．１２ｄＢであった。図５の単一ベンドタップについてのスペクトル曲線と比較すると、図１１はスペクトル平坦性の実質的な向上を示している。   FIG. 11 shows the relative response as a function of wavelength for an optical tap made using two microbends spaced 0.30 mm apart in a Corning SMF28 fiber. An interval of 0.30 mm was chosen to optimize the flatness of the spectral shape while maintaining good tap efficiency at 1310 nm. The total tap loss was 0.10 dB at 1310 nm and 0.12 dB at 1550 nm. Compared to the spectral curve for the single bend tap of FIG. 5, FIG. 11 shows a substantial improvement in spectral flatness.

なお、この発明の教示はさまざまなファイバタイプに適用可能である。たとえば、高ＮＡファイバと呼ばれる、コア−クラッディング屈折率差が大きい単一モードファイバでは、非導波モードのＬＰ１１モードがそのエネルギをクラッディングへと放射せずに伝搬する傾向があるため、単一ベンドタップを内部に形成することが特に難しい。   It should be noted that the teachings of the present invention are applicable to various fiber types. For example, in a single mode fiber called a high NA fiber with a large core-cladding refractive index difference, the LP11 mode in the non-guided mode tends to propagate without radiating its energy into the cladding. It is particularly difficult to form a single bend tap inside.

図１２および図１３は、先行技術の単一ベンド設計およびこの発明の二重ベンド設計をそれぞれ用いて高ＮＡファイバに作製されたタップのスペクトル応答を示している。使用された高ＮＡファイバは、カットオフ波長が１５００ｎｍ、コア−クラッディング屈折率差が０．０１２５である。このファイバにおける１５５０ｎｍでのＬＰ０１モードとＬＰ１１モードとのモード間ビート長は、上述の式（２）および（３）を用いて、０．２５ｍｍであると計算された。このビート長では、このファイバにおける***振結合用の間隔は約０．１２５ｍｍである。この間隔を用いて図１３のタップが作製された。双方のタップは、１５５０ｎｍでの測定損失が０．１ｄＢであった。   Figures 12 and 13 show the spectral response of taps made in high NA fiber using the prior art single bend design and the double bend design of the present invention, respectively. The high NA fiber used has a cutoff wavelength of 1500 nm and a core-cladding refractive index difference of 0.0125. The beat length between the LP01 mode and the LP11 mode at 1550 nm in this fiber was calculated to be 0.25 mm using the above equations (2) and (3). At this beat length, the spacing for anti-resonant coupling in this fiber is about 0.125 mm. The tap of FIG. 13 was produced using this interval. Both taps had a measurement loss of 0.1 dB at 1550 nm.

図１２と図１３との比較により、先行技術の単一ベンドタップに比べ、図１のこの発明
のタップを用いた高ＮＡファイバではタップ効率が１０倍以上増加したことがわかる。同時に、先行技術に比べ、スペクトル平坦性が大幅に向上している。 A comparison between FIG. 12 and FIG. 13 shows that the tap efficiency increased by a factor of 10 or more in the high NA fiber using the tap of the present invention of FIG. 1 compared to the single bend tap of the prior art. At the same time, the spectral flatness is greatly improved compared to the prior art.

この発明の光タップ１００のさらに別の実施例は、米国特許第６、５３５，６７１ Ｂ１号に記載されているような、ファイバのＬＰ１１モードへと光を結合するための代替的な方法を用いることによって実現可能である。代替的な方法には、たとえば、オフセット融着接続、ファイバおよびファイバグレーティングのテーパ付けなどがある。   Yet another embodiment of the optical tap 100 of the present invention uses an alternative method for coupling light into the LP11 mode of the fiber, as described in US Pat. No. 6,535,671 B1. This is possible. Alternative methods include, for example, offset fusion splicing, fiber and fiber grating tapering.

上述の説明は多くの詳細な仕様を含んでいるが、これらは、この発明の範囲に対する限定として解釈されるべきではなく、この発明の単なる例示として解釈されるべきである。たとえば、偏光感度が非常に高い光タップを作製するために、総内部反射用の角度よりも小さい角度で傾斜した反射面を使用することが可能である。そのようなタップは、光ファイバシステムの偏光センサにとって有用である。また、これに代えて、光タップの感度におけるさまざまな波長依存性を提供するために、図１の反射面１０６の上に薄膜コーティングを使用することが可能である。さらに、所与のファイバに３つ以上のマイクロベンドを使用することが可能であり、その場合、マイクロベンドのうちの少なくとも２つはモード間ビート長の２分の１または約２分の１の間隔を置かれている。   Although the foregoing description includes many detailed specifications, they should not be construed as limitations on the scope of the invention, but merely as exemplifications of the invention. For example, in order to produce an optical tap with very high polarization sensitivity, it is possible to use a reflective surface that is inclined at an angle smaller than the angle for total internal reflection. Such taps are useful for polarization sensors in fiber optic systems. Alternatively, a thin film coating can be used on the reflective surface 106 of FIG. 1 to provide various wavelength dependencies in the sensitivity of the optical tap. Furthermore, it is possible to use more than two microbends for a given fiber, in which case at least two of the microbends are one-half or about one-half of the intermode beat length. Spaced.

この発明の光ファイバタップ１００の一実施例の側面図である。It is a side view of one Example of the optical fiber tap 100 of this invention. 図１に示す光ファイバタップを作製するための機器２００のブロック図である。It is a block diagram of the apparatus 200 for producing the optical fiber tap shown in FIG. 図１のタップについて、ファイバモード間のエネルギの伝達を位置の関数として表わすレベル図である。FIG. 2 is a level diagram representing energy transfer between fiber modes as a function of position for the tap of FIG. 従来の単一ベンドの光ファイバタップについて、マイクロベンドと反射面との間隔の関数としてグラフ化されたタップ効率のグラフである。FIG. 6 is a graph of tap efficiency graphed as a function of microbend and reflective surface spacing for a conventional single bend optical fiber tap. 従来の単一ベンドの光ファイバタップについて、波長の関数としてグラフ化されたタップ出力信号のグラフである。FIG. 6 is a graph of tap output signal graphed as a function of wavelength for a conventional single bend optical fiber tap. 従来の単一モードファイバにおいて、波長の関数としてグラフ化された、ＬＰ０１モードおよびＬＰ１１モードについてのモード間ビート長のグラフである。FIG. 4 is a graph of inter-mode beat length for LP01 mode and LP11 mode plotted as a function of wavelength in a conventional single mode fiber. 図１の光ファイバタップについて、１３１０ｎｍの波長でのマイクロベンド間の間隔の関数としてグラフ化されたタップ効率のグラフである。2 is a graph of tap efficiency graphed as a function of spacing between microbends at a wavelength of 1310 nm for the optical fiber tap of FIG. 図１の光ファイバタップについて、１３１０ｎｍの波長でのマイクロベンド間の間隔の関数としてグラフ化された挿入損失のグラフである。2 is a graph of insertion loss graphed as a function of spacing between microbends at a wavelength of 1310 nm for the optical fiber tap of FIG. 図１の光ファイバタップについて、１５５０ｎｍの波長でのマイクロベンド間の間隔の関数としてグラフ化されたタップ効率のグラフである。2 is a graph of tap efficiency graphed as a function of spacing between microbends at a wavelength of 1550 nm for the optical fiber tap of FIG. 図１の光ファイバタップについて、１５５０ｎｍの波長でのマイクロベンド間の間隔の関数としてグラフ化された挿入損失のグラフである。2 is a graph of insertion loss graphed as a function of spacing between microbends at a wavelength of 1550 nm for the optical fiber tap of FIG. 図１の光ファイバタップについて、波長の関数としてグラフ化されたタップ出力信号のグラフである。2 is a graph of the tap output signal graphed as a function of wavelength for the optical fiber tap of FIG. 高ＮＡファイバに作製された従来の単一ベンドの光ファイバタップについて、波長の関数としてグラフ化されたタップ出力信号のグラフである。FIG. 6 is a graph of tap output signal graphed as a function of wavelength for a conventional single bend optical fiber tap fabricated on a high NA fiber. この発明の教示に従って高ＮＡファイバに作製されたタップについて、波長の関数としてグラフ化されたタップ出力信号のグラフである。FIG. 6 is a graph of tap output signal graphed as a function of wavelength for taps made in high NA fibers in accordance with the teachings of the present invention.

Claims (6)

光ファイバから光エネルギを伝達するための光ファイバタップであって、
コアおよびクラッディングを含む光ファイバと、
ファイバに形成され、前記光ファイバの少なくとも２つのモード間で光エネルギを結合する第１の構造と、
ファイバに形成され、前記第１の構造から予め規定された距離だけ離れて位置している、前記光ファイバの前記２つのモード間で光エネルギを結合する第２の構造と、
前記光ファイバのクラッディングに形成され、光伝搬の方向において前記第１の構造から下流に予め規定された距離ｄだけ離れて位置している、前記ファイバの側面からの光エネルギを反射するための反射面とを含む、光ファイバタップ。 An optical fiber tap for transmitting optical energy from an optical fiber,
An optical fiber including a core and a cladding;
A first structure formed in a fiber and coupling optical energy between at least two modes of the optical fiber;
A second structure for coupling optical energy between the two modes of the optical fiber formed in a fiber and positioned a predetermined distance away from the first structure;
Reflecting light energy from the side of the fiber formed in the cladding of the optical fiber and located a predetermined distance d downstream from the first structure in the direction of light propagation An optical fiber tap including a reflective surface. 前記第１の構造と前期第２の構造とは、結合されている２つのモードについてのモード間ビート長の約２分の１だけ間隔を置かれている、請求項１に記載の光ファイバタップ。   The fiber optic tap according to claim 1, wherein the first structure and the second structure are spaced apart by about one-half of the intermode beat length for the two modes being coupled. . 前記反射面は、レーザ放射を用いてクラッディング材料をアブレーションすることによって形成される、請求項１に記載の光ファイバタップ。   The optical fiber tap of claim 1, wherein the reflective surface is formed by ablating a cladding material using laser radiation. 前記第１および第２の構造の各々は、アニールされたマイクロベンドを含む、請求項１に記載の光ファイバタップ。   The optical fiber tap of claim 1, wherein each of the first and second structures comprises an annealed microbend. 前記反射面は、光ファイバの長手方向軸の垂線に対して４４°よりも大きい、またはそれに等しい角度で位置付けられている、請求項３に記載の光ファイバタップ。   The optical fiber tap according to claim 3, wherein the reflective surface is positioned at an angle greater than or equal to 44 ° with respect to a normal to the longitudinal axis of the optical fiber. 前記距離ｄは、式：
Figure 2008511872
 によって与えられ、式中、ｎcladはクラッディング材料の屈折率、Ｄはファイバの直径、、ＮＡはファイバの開口数である、請求項１に記載の光ファイバタップ。 The distance d is given by the formula:
Figure 2008511872
 The optical fiber tap of claim 1, wherein n clad is the refractive index of the cladding material, D is the diameter of the fiber, and NA is the numerical aperture of the fiber.
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